CN1705146A - 电池 - Google Patents

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CN1705146A CNA2005100755233A CN200510075523A CN1705146A CN 1705146 A CN1705146 A CN 1705146A CN A2005100755233 A CNA2005100755233 A CN A2005100755233A CN 200510075523 A CN200510075523 A CN 200510075523A CN 1705146 A CN1705146 A CN 1705146A
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Abstract

提供一种可靠度高、低成本的电池并且在过度充电的情况下开始放电或旁通充电电流，可避免电池不能使用的电池。在电池(10)中，负极端子(16)隔着绝缘体(22)被安装于具有导电性的盖板(14)上，所述电池(10)具有连接于所述负极端子(16)与所述盖版(14)之间的N沟道型场效应晶体管(18)，N沟道场效应晶体管(18)的源极(24)连接于负极端子(16)与绝缘体(22)之间，共同电极(漏极和栅极)(26)与盖板(14)连接。

Description

电池
技术领域
本发明涉及一种具有连接正极与负极的N沟道型场效应晶体管或P沟道型场效应晶体管的电池。
背景技术
近几年来，对于高效能、小尺寸以及重量轻的可携式电子装置的要求日益增加，作为用于上述的电子装置的高能量密度的电池，非水电解质二级电池如锂离子电池等的使用在持续增加。锂离子电池的构造例如是：将发电组件以及电解液收纳于具有矩形的底部和侧壁的壳体中，该发电组件包括其间夹持有隔膜并被卷绕的正极板以及负极板，由具有负极端子的矩形盖板密封壳体的开口部。
当此锂电池充电过度超过额定的标准时，例如，有时会产生气体，因此在例如盖板上设有将所产生的气体排放致电池外部的安全阀。若此安全阀被开启(断裂)，电池则无法使用。因此为了避免电池在过度充电时无法使用，可以使用组合了例如IC(集成电路，Intergrated Circuit)以及FET(场效应晶体管：Field Effect Transistor)的电路或通过检测温度而开启的开关元件等来开始放电或旁通充电电流(参照例如日本专利申请特开2000-116011)。
然而，当电池使用通过检测温度而开启的开关元件时，由于其依赖温度环境，因此存在着开启不稳定，可靠度低的问题。另一方面，若使用电路，则必须将多个组件配置在基板上，存在着成本及尺寸增加的问题。
发明内容
本发明是以上述情况为鉴而完成的，其目的是通过把电池设计成N沟道型场效应晶体管(以下称作N沟道型FET)的源极与负极连接，漏极和栅极与正极连接的结构，来提供一种可靠度高、低成本并且在过度充电的情况下启动放电或旁通充电电流，从而可避免电池无法使用的电池。
本发明的另一目的是，通过把电池设计成N沟道型FET的源极或者漏极和栅极连接于电极端子与绝缘体之间的结构，来提供一种能够防止N沟道型FET从电池脱落的电池。
另外，本发明的另一目的是，通过把电池设计成P沟道型FET的源极与正极连接，漏极和栅极与负极连接的结构，来提供一种可靠度高、低成本并且在过度充电的情况下启动放电或旁通充电电流，从而可避免电池无法使用的电池。
还有，本发明的另一目的是，通过把电池设计成P沟道型FET的漏极和栅极或者源极连接于电极端子与绝缘体之间的结构，来提供一种能够防止P沟道型FET从电池脱落的电池。
本发明的电池的特征在于，包括连接于正极与负极之间的N沟道型场效应晶体管，所述N沟道型场效应晶体管的源极与负极连接，漏极和栅极与正极连接。
本发明的电池包括：具有导电性并作为正极的外壳，和隔着绝缘体被安装于该外壳上并作为负极的电极端子，其特征在于，该电池具有连接于所述电极端子和所述外壳之间的N沟道型场效应晶体管，所述N沟道型场效应晶体管的源极连接于电极端子和绝缘体之间，漏极和栅极与外壳连接。
本发明的电池的特征在于，所述外壳具有在一端有底部、在另一端有盖部的筒状体，所述电极端子隔着绝缘体被安装于所述盖部，所述N沟道型场效应晶体管的漏极和栅极与所述盖部连接。
本发明的电池包括：具有导电性并作为负极的外壳，和隔着绝缘体被安装于该外壳上并作为正极的电极端子，其特征在于，该电池具有连接于所述电极端子和所述外壳之间的N沟道型场效应晶体管，所述N沟道型场效应晶体管的漏极和栅极连接于电极端子和绝缘体之间，源极与外壳连接。
本发明的电池的特征在于，所述外壳具有在一端有底部、在另一端有盖部的筒状体，所述电极端子隔着绝缘体被安装于所述盖部，所述N沟道型场效应晶体管的源极与所述盖部连接。
本发明的电池的特征在于，包括连接于正极与负极之间的P沟道型场效应晶体管，所述P沟道型场效应晶体管的源极与正极连接，漏极和栅极与负极连接。
本发明的电池包括：具有导电性并作为正极的外壳，和隔着绝缘体被安装于该外壳上并作为负极的电极端子，其特征在于，该电池具有连接于所述电极端子和所述外壳之间的P沟道型场效应晶体管，所述P沟道型场效应晶体管的漏极和栅极连接于电极端子和绝缘体之间，源极与外壳连接。
本发明的电池的特征在于，所述外壳具有在一端有底部、在另一端有盖部的筒状体，所述电极端子隔着绝缘体被安装于所述盖部，所述P沟道型场效应晶体管的源极与所述盖部连接。
本发明的电池包括：具有导电性并作为负极的外壳，和隔着绝缘体被安装于该外壳上并作为正极的电极端子，其特征在于，该电池具有连接于所述电极端子和所述外壳之间的P沟道型场效应晶体管，所述P沟道型场效应晶体管的源极连接于电极端子和绝缘体之间，漏极和栅极与外壳连接。
本发明的电池的特征在于，所述外壳具有在一端有底部、在另一端有盖部的筒状体，所述电极端子隔着绝缘体被安装于所述盖部，所述P沟道型场效应晶体管的漏极和栅极与所述盖部连接。
在本发明中，N沟道型场效应晶体管的源极与负极连接，漏极和栅极与正极连接。在N沟道型场效应晶体管中，当源极(负极侧)与栅极(正极侧)之间的电压超过规定值时，漏极与源极之间的电阻下降，电流从漏极(正极侧)流向源极(负极侧)。因此，在过度充电的状态下，即在正极与负极之间的充电电压超过规定值时，开始发生从正极往负极的放电或充电电流的旁通。在过度充电时放电或旁通充电电流，可防止电池无法使用。还有，因为N沟道型FET只是连接于正极与负极之间，所以可提供成本低、尺寸小的电池。此外，由于电池不使用通过检测温度而开启的开关元件等，因此其不依赖温度环境并具有高的可靠度。
在本发明中，N沟道型FET的源极连接于电极端子(负极)和绝缘体之间，漏极和栅极与外壳(正极)连接。通过将N沟道型FET的源极连接于电极端子和绝缘体之间，所述源极则被夹在电极端子与绝缘体之间，因此可以防止N沟道型FET从电池脱落。另外，假如N沟道型FET从电池脱落时，负极端子以及其周边受到损坏，极有可能电池变成不能使用的状态，因此可防止N沟道型FET从电池脱落后继续使用电池。然而，在电极端子为正极而外壳为负极的情况下，N沟道型FET的漏极和栅极应该连接于电极端子与绝缘体之间，而且源极应该与外壳连接。
在本发明中，所述外壳具有在一端有底部、在另一端有盖部的筒状体，N沟道型FET的漏极和栅极与安装于电极端子(负极)的所述盖部(正极)连接。然而，在电极端子为正极而盖部为负极的情况下，N沟道型FET的源极应与所述盖部连接。由此，本发明可容易地应用于以往的电池中。
在本发明中，P沟道型FET的源极与正极连接，漏极与栅极与负极连接。在P沟道型FET中，当栅极(负极侧)与源极(正极侧)之间的电压超过规定值时，漏极与源极之间的电阻下降，电流从源极(正极侧)流向漏极(负极侧)。因此，与N沟道型FET类似，在过度充电的状态下，开始发生放电或旁通充电电流，可防止电池无法使用。另外，由于P沟道型FET只是连接于正极与负极之间，因此可提供成本低、尺寸小的电池。还有，由于电池不使用通过检测温度而开启的开关元件等，因此其不依赖温度环境并具有高的可靠度。
在本发明中，P沟道型FET的漏极和栅极连接于电极端子(负极)与绝缘体之间，源极与外壳(正极)连接。通过将P沟道型FET的漏极和栅极连接于电极端子与绝缘体之间，与上述的使用N沟道型FET的情况相似，可以防止P沟道型FET从电池脱落，并且可防止P沟道型FET从电池脱落后继续使用电池。然而，在电极端子为正极而外壳为负极的情况下，P沟道型FET的源极应该连接于电极端子与绝缘体之间，漏极和栅极应该与外壳连接。
在本发明中，所述外壳具有在一端有底部、在另一端有盖部的筒状体，P沟道型FET的源极与安装于电极端子(负极)的所述盖部(正极)连接。然而，在电极端子为正极而盖部为负极的情况下，P沟道型FET的漏极和栅极应与所述盖部连接。由此，本发明可容易地应用于以往的电池中。
本发明的上述和其他目的及特征根据下面结合附图所进行的详细说明将是更加明显的。
附图说明
图1为本发明的电池的斜视图。
图2为电池的盖板部分的放大斜视图。
图3为图1中的A-A线的剖视图。
图4A是表示电池中的发电组件与FET(N沟道型)的连接的概略电路图。
图4B是表示FET的源极和栅极之间的电压Vgs与漏极和源极之间的电阻Rds的关系的特性图。
图5是表示负极端子与FET的源极的连接例的要部剖视图。
图6是表示电池中的发电组件与FET(P沟道型)的连接的概略电路图。
具体实施方式
以下根据本发明的实施方式的附图具体说明本发明。
图1为本发明的电池的斜视图。电池10是在铝制的壳体12中装入了发电组件和电解液而的得到的，该发电组件由隔膜所卷绕的正极板和负极板构成。壳体12具有由矩形底部和侧壁所构成的筒状体，具有负极端子16和FET(场效应晶体管)18的矩形铝制盖板14通过激光焊接被焊着于开口部。
正极板是将正极涂膏(paste)均匀地涂布于例如厚15μm的铝箔集电体上，使其干燥然后用辊压压缩成形而制成的。所述正极涂浆是以质量比95∶2∶3的比例混和作为正极活性物质的锂钴复合氧化物LiCoO2、作为导电助剂的乙炔炭黑、以及作为粘结剂的聚偏氟乙烯，并且加入适量的N-甲基-2-吡咯烷酮并搅拌而制备的。正极板通过正极导线连接于壳体12的内表面或盖板14的内表面。因此壳体12及盖板14起到正极端子的作用。
另外，负极板是将负极涂浆涂布于例如厚10μm的铜箔集电体的两面，干燥后加压而制成的。所述负极涂浆是在以质量比90∶10的比例混和石墨和作为粘结剂的聚偏氟乙烯而得到的负极合剂中，加入适量的N-甲基-2-吡咯烷酮而制备的。负极板通过负极导线与负极端子16连接。还有，负极端子16和盖板14保持绝缘。
隔膜使用微细多孔状的聚乙烯膜。电解液使用的是：在碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯以及碳酸甲乙酯的体积比为3∶5∶2的混合溶剂中溶解1mol/l的LiPF6而得到的溶液。壳体12的尺寸，例如高40mm、宽30mm以及厚度5mm，电池10的容量为600mAh。
图2为电池10的盖板14部分的放大斜视图。图3是图1的A-A线剖视图。FET18为N沟道型FET，并包括形成有贯通孔24a的源极24、和连接栅极与漏极的共同电极26。负极端子16呈板状，并在背面的中央形成有圆柱形的突出物。而且，在盖板14的中央部形成有被负极端子16的所述圆柱形突出物插入的贯通孔。负极端子16的突出物先插入FET18的源极24的贯通孔24a，然后插入绝缘体22的贯通孔后，再插入盖板14的贯通孔。绝缘体22用于使负极端子16及FET18的源极24与盖体14之间保持绝缘。
在被插入盖板14的贯通孔并从盖板14的背面突起的负极端子16的所述突出物上，先插入垫片32的贯通孔，然后再插入负极连接板34的贯通孔。负极连接板34是与上述负极导线连接的金属板，垫片32用于保持负极连接板34和盖板14背面之间的绝缘，并保持盖板14的贯通孔的密封性。通过堵塞负极端子16的所述突出物的顶端部，保持负极连接板34与负极端子16的所述突出物之间的连接，以及负极端子16与源极24之间的连接。
FET18的共同电极26与盖体14的表面连接。例如，当共同电极26为铝合金时，可以通过点焊将共同电极26焊接至盖板14的表面。另外，例如当共通电极26为镍合金时，可以使用具有铝层和镍层的镀过金属的材料将共同电极26焊接至盖板14的表面。此外，可以利用点焊将负极端子16和源极24焊接在一起。
图4A是表示电池10中的发电组件与FET(N沟道型)18的连接的概略电路图。FET18的源极24连接至负极端子16，FET18的共同电极(漏极与栅极)26连接至盖板14(正极端子)，如图4A所示，发电组件2与FET18并联地连接。如图4A所示，在FET18的源极和漏极之间具有其源极侧为阳极的二极管部分。
图4B是表示FET的源极和栅极之间的电压Vgs与漏极和源极之间的电阻Rds的关系的特性图。如图所示，当电压Vgs超过4.5V时，电阻Rds会急剧下降。对电池10的正常充电电压为4.2V，当充电电压(Vgs)为超过4.5V的过度充电状态时，电阻Rds下降并开始进行发电组件2的放电或充电电流的旁通。还有，对于所述的Rds急剧下降的电压(4.5V)而言，可根据充电电压使用任意电压的FET。
表1表示本发明的电池10与以往的电池在过度充电时的测试结果，本发明的电池10是将FET18并联地连接于正极和负极之间，而以往的电池是与具有电路的电路板连接。还有，在以往的电池中，所述电路板上也可包含FET，但是FET和电池串联地连接。充电条件是，充电电压设定为10V，并以三种充电电流600mA、800mA以及1000mA分别对三个相同的本发明的电池以及三个相同的以往的电池充电2.5小时。
                       表1
    充电条件   本发明的电池     以往的电池
    10V/600mA     不能使用：0     不能使用：0
    10V/800mA     不能使用：0     不能使用：2
    10V/1000mA     不能使用：0     不能使用：3
如表1所示，当充电电压为10V而充电电流为600mA时，在任何电池中安全阀均未被开启，没有电池变成不能使用状态。当充电电压为10V而充电电流为800mA时，本发明的电池10的安全阀均未被开启，没有变成不能使用状态，但是在以往的电池中，有两个电池的安全阀被开启，变成不能使用状态。当充电电压为10V而充电电流为1000mA时，本发明的电池10的安全阀均未被开启，没有变成不能使用状态。但是以往的电池中安全阀均被开启，全部变成不能使用状态。
其中，在图4B中，若电压Vgs增加而电阻Rds收敛至最小值时，漏极和源极间的电流变成最大值，而能够通过FET18的源极和漏极之间的额定电流大于上述最大值。在正常充电的状况下，电压Vgs小于4.5V，电阻Rds足够高，漏极与源极之间的漏电流所造成的放电相当小，由于将FET18并联地与发电组件2连接从而电池10几乎没有容量下降。
在上述的实施方式中，虽然FET18的源极24是连接于负极端子16与绝缘体22之间，但源极24也可在绝缘体22上与负极端子16连接。图5是表示负极端子16与FET18的源极24的连接例的要部剖视图。在负极端子16与盖板14之间配置有绝缘体22，在绝缘体22上配置有FET18和源极24，源极24的顶端与负极端子16连接。例如，如果负极端子16和源极24是镍合金时，源极24的顶端可以用点焊的方式焊接至负极端子16。
然而，如图5所示，当在绝缘体22上将源极24的顶端与负极端子16连接时，比较容易有意地将FET18从电池10取下。而且，很有可能在取下FET18之后的状态下能够使用电池10。另一方面，如第3图所示，当源极24被夹在负极端子16与绝缘体22之间时，则很难有意地将FET18从电池10上取下。特别是当负极端子16的突出物插入源极24的通孔24a时，非常难以有意地将FET18从电池10上取下。另外，若FET18被取下，则负极端子16会脱落或盖板14的贯通孔的密封性下降，因此电池能够使用的可能性非常低。所以可以避免FET18脱落从而丧失过度充电时的放电或旁通充电电流的功能的电池10被使用。
以上所提到的各实施方式均以N沟道型FET作为例子，显然也可使用P沟道的FET。图6是表示电池10中的发电组件2与FET(P沟道型)18的连接的概略电路图。FET18的共同电极(漏极与栅极)26与负极端子16连接，FET18的源极24与盖板14(正极端子)连接，发电组件2和FET18并联地连接。在此情况下，如图6所示，在FET18的源极与漏极之间具有其漏极侧为阳极的二极管部分。还有，共同电极26上形成有贯通孔。在过度充电的情况下，电压Vgs增加而电阻Rsd下降，开始发电组件2的放电或充电电流的旁通。

Claims (10)

1.一种电池，其包括连接于正极与负极之间的N沟道型场效应晶体管，其中，所述N沟道型场效应晶体管的源极与负极连接，漏极和栅极与正极连接。
2.如权利要求1所述的电池，其包括：具有导电性并作为所述正极的外壳，和隔着绝缘体被安装于该外壳上并作为所述负极的电极端子，其中，所述N沟道型场效应晶体管的源极连接于所述电极端子和所述绝缘体之间，漏极和栅极与所述外壳连接。
3.如权利要求2所述的电池，其中，所述外壳具有在一端有底部、在另一端有盖部的筒状体，所述电极端子隔着绝缘体被安装于所述盖部，所述N沟道型场效应晶体管的漏极和栅极与所述盖部连接。
4.如权利要求1所述的电池，其包括：具有导电性并作为所述负极的外壳，和隔着绝缘体被安装于该外壳上并作为所述正极的电极端子，其中，所述N沟道型场效应晶体管的漏极和栅极连接于所述电极端子和所述绝缘体之间，源极与所述外壳连接。
5.如权利要求4所述的电池，其中，所述外壳具有在一端有底部、在另一端有盖部的筒状体，所述电极端子隔着绝缘体被安装于所述盖部，所述N沟道型场效应晶体管的源极与所述盖部连接。
6.一种电池，其包括连接于正极与负极之间的P沟道型场效应晶体管，其中，所述P沟道型场效应晶体管的源极与正极连接，漏极和栅极与负极连接。
7.如权利要求6所述的电池，其包括：具有导电性并作为所述正极的外壳，和隔着绝缘体被安装于该外壳上并作为所述负极的电极端子，其中，所述P沟道型场效应晶体管的漏极和栅极连接于所述电极端子和所述绝缘体之间，源极与所述外壳连接。
8.如权利要求7所述的电池，其中，所述外壳具有在一端有底部、在另一端有盖部的筒状体，所述电极端子隔着绝缘体被安装于所述盖部，所述P沟道型场效应晶体管的源极与所述盖部连接。
9.如权利要求6所述的电池，其包括：具有导电性并作为所述负极的外壳，和隔着绝缘体被安装于该外壳上并作为所述正极的电极端子，其中，所述P沟道型场效应晶体管的源极连接于所述电极端子和所述绝缘体之间，漏极和栅极与所述外壳连接。
10.如权利要求9所述的电池，其中，所述外壳具有在一端有底部、在另一端有盖部的筒状体，所述电极端子隔着绝缘体被安装于所述盖部，所述P沟道型场效应晶体管的漏极和栅极与所述盖部连接。
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